一、研究背景

長距離掘進工作面局部通風(fēng)智能調(diào)控技術(shù)的研究和優(yōu)化，對保證礦井安全高效生產(chǎn)和礦工生命安全具有較大的理論與現(xiàn)實意義。現(xiàn)有技術(shù)多局限于局部通風(fēng)機本身進行變頻調(diào)風(fēng)，少有基于長距離掘進工作面按需供風(fēng)導(dǎo)向的通風(fēng)安全保障技術(shù)研究。設(shè)計了局部通風(fēng)智能調(diào)控系統(tǒng)，建立了基于多特征供需匹配的非線性變頻調(diào)控模型，將局部通風(fēng)機智能變頻調(diào)控與瓦斯抽采結(jié)合，保障掘進工作面用風(fēng)安全，并對局部通風(fēng)系統(tǒng)進行健康評價，實現(xiàn)對長距離掘進工作面的通風(fēng)安全保障。

1、局部通風(fēng)智能調(diào)控系統(tǒng)總體設(shè)計

局部通風(fēng)智能調(diào)控系統(tǒng)由井下監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)異常調(diào)控系統(tǒng)、地面工作站組成，如圖1所示。井下監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控井下通風(fēng)機、風(fēng)筒和工作面，實現(xiàn)局部通風(fēng)機工作異常狀態(tài)研判預(yù)警、風(fēng)筒內(nèi)部漏風(fēng)動態(tài)分析、實際供需風(fēng)量動態(tài)預(yù)測。通風(fēng)異常調(diào)控系統(tǒng)通過識別井下通風(fēng)參數(shù)異常情況，制定不同參數(shù)不同等級的風(fēng)險協(xié)同處置策略。地面工作站挖掘工作面風(fēng)流狀態(tài)與風(fēng)筒參數(shù)的潛在規(guī)律，形成風(fēng)流?風(fēng)筒調(diào)控模型，實現(xiàn)風(fēng)筒實時調(diào)控；建立變頻預(yù)測調(diào)風(fēng)模型，通過通風(fēng)機智能變頻實現(xiàn)按需供風(fēng)，并在通風(fēng)異常情況下，輔以鉆孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

2、局部通風(fēng)智能化管控

包括通風(fēng)機工作狀態(tài)監(jiān)測、通風(fēng)機智能化變頻及通風(fēng)機故障診斷和預(yù)警等，如圖 2 所示，主要實現(xiàn)通風(fēng)機故障快速識別響應(yīng)和工作狀態(tài)改善、主備通風(fēng)機智能切換、按需供風(fēng)、應(yīng)急聯(lián)動控制等功能。

3、掘進工作面通風(fēng)供需匹配分析

通過掘進工作面風(fēng)量監(jiān)控和通風(fēng)機風(fēng)量監(jiān)控，建立基于實際供風(fēng)和通風(fēng)機供風(fēng)的 T?S 模糊控制模型，實現(xiàn)局部通風(fēng)機調(diào)節(jié)分級啟動與工作面風(fēng)量聯(lián)動監(jiān)控，通過通風(fēng)機智能變頻實現(xiàn)對工作面實際供風(fēng)量的精準調(diào)控。

4、通風(fēng)聯(lián)動調(diào)控

① 常態(tài)下變頻調(diào)風(fēng)。根據(jù)重新確定好的供需風(fēng)量進行變頻調(diào)風(fēng)，實現(xiàn)常態(tài)下局部通風(fēng)的智能聯(lián)動變頻調(diào)控，達到掘進工作面供需風(fēng)量的動態(tài)平衡，如圖 3 所示。

② 通風(fēng)異常情況下調(diào)控排風(fēng)。通風(fēng)異常情況下利用鉆孔瓦斯抽采降低瓦斯涌出量，再利用通風(fēng)機變頻模塊進行調(diào)控。

5、局部通風(fēng)系統(tǒng)健康綜合評價

對井下掘進工作面通風(fēng)參數(shù)進行異常指標評判，深度挖掘通風(fēng)異常參數(shù)與通風(fēng)動力之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，找出導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)異常的失效類型和影響局部通風(fēng)系統(tǒng)的健康指數(shù)，構(gòu)建局部通風(fēng)系統(tǒng)健康指標評價體系（圖4）。

三、結(jié)論

提出的2種通風(fēng)聯(lián)動調(diào)控方式在常態(tài)和通風(fēng)異常條件下都能滿足長距離掘進巷道供風(fēng)需求。在常態(tài)下通過供需匹配分析確定通風(fēng)機運行頻率，實現(xiàn)通風(fēng)機智能變頻調(diào)風(fēng)；在通風(fēng)異常情況下采用4種調(diào)控排風(fēng)規(guī)則，保障了長距離掘進工作面通風(fēng)安全，同時達到節(jié)能減排的效果。

局部通風(fēng)系統(tǒng)健康指標綜合評價體系通過綜合評價模型和健康指數(shù)，實現(xiàn)對局部通風(fēng)系統(tǒng)的實時健康“體檢”，并定量顯示不同指標的風(fēng)險等級，可確保局部通風(fēng)系統(tǒng)處于健康狀態(tài)。